DE1099036B

DE1099036B - Electrical snap switch

Info

Publication number: DE1099036B
Application number: DEE14310A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Bayer
Original assignee: Electrovac Hacht & Huber Fabri
Current assignee: Electrovac Hacht & Huber Fabri
Priority date: 1956-07-07
Filing date: 1957-06-21
Publication date: 1961-02-09

Description

Elektrischer Schnappschalter Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schnappschalter mit einer Schnappfeder, die, wie an sich bekannt, als elastisches, im ausgebauten Zustand spannungsloses, plattenförmiges Federelement ausgebildet ist und nach der Einspannung im Schalter an wenigstens vier Punkten so in Längs- und Querrichtung gebogen ist, daß eine sattelförmige Fläche entsteht.Electrical Snap Switch The invention relates to an electrical one Snap-action switch with a snap spring, which, as is known per se, is an elastic, In the dismantled state, tension-free, plate-shaped spring element is formed and after clamping in the switch at at least four points in longitudinal and is bent transversely to form a saddle-shaped surface.

Der nachstehend beschriebene Schalter soll sich durch einfachen Aufbau und einfache Einstellung, Wandelbarkeit seines Verhaltens und verläßliche Arbeitsweise unter Betriebsbedingungen, die sehr verschieden sein können, also auch durch vielseitigere Verwendbarkeit gegenüber derartigen bekannten Schaltern auszeichnen. Die äußere Einwirkung, die den Schnappschalter wirksam werden läßt, kann, wie bekannt, eine mechanische, auf Deformation der Schnappfeder allzielende Kraft oder eine auf Deformation abzielende Temperaturänderung sein. Der vorgeschlagene Schnappschalter dient zur Auslösung elektrischer Schaltvorgänge und wird demgemäß mit elektrischen Schalteinrichtungen zusammengebaut, ist jedoch auch, wie bekannt, zur Durchführung mechanischer Bewegungsvorgänge, die eine elektrische Auswirkung nicht zur Folge haben, brauchbar.The switch described below is said to be simple in structure and easy attitude, changeability of his behavior and reliable way of working under operating conditions that can be very different, including more varied ones Distinguish usability over such known switches. The outer Effect, which allows the snap switch to be effective, can, as is known, a mechanical force aimed at deformation of the snap spring or a deformation aimed temperature change. The proposed snap switch is used for Triggering electrical switching processes and is accordingly with electrical switching devices assembled, but is also, as is known, for performing mechanical movement processes, which do not have an electrical effect, usable.

Erfindungsgemäß wird bei einem Schalter der eingangs genannten Art beansprucht, daß die Einspannstellen als in der Längsrichtung des Schnappgliedes von der einen. Seite her und in seiner Ouerrichtung von der anderen Seite her auf das Schnappglied etwa senkrecht zu seiner Ebene wirkende, von entsprechenden Gehäuseteilen ausgehende Vorsprünge ausgebildet sind, die das Schnappglied in seiner Lage halten, wobei ein Vorsprung zur Justierung der Federspannung verstellbar ist, und daß das Schnappglied bei Betätigung durch eine äußere Kraft nur das Ausmaß der Krümmungen, nicht aber deren Vorzeichen sprunghaft ändert.According to the invention, a switch of the type mentioned at the beginning claims that the clamping points as in the longitudinal direction of the snap member from the one. Side and in its direction from the other side the snap member acting approximately perpendicular to its plane, of corresponding housing parts outgoing projections are formed which hold the snap member in its position, wherein a projection for adjusting the spring tension is adjustable, and that the Snap link when actuated by an external force only the extent of the curvature, but does not change its sign by leaps and bounds.

Es sind Schalter bekannt, deren Schnappfeder aus einem elastischen, an wenigstens vier Punkten gelagerten, im ausgebauten Zustand ebenen und spannungslosen, als Platte ausgebildeten Federelement besteht, dessen Krümmung in der Längsrichtung entgegengesetzt der Krümmung zu den in der Querrichtung liegenden Lagern ist, so daß die Platte im mittleren Bereich eine Sattelfläche bildet. Diese Sattelfläche wird jedoch durch Auseinanderspreizen an beiden Federenden erzielt, also durch Kräfte, die in der Ebene der Schnappfeder wirken. Demgegenüber handelt es sich bei dem vorliegenden Schnappfederschalter um einen solchen, dessen Federlagerkräfte nur senkrecht zur Ebene der Schnappfeder angreifen. Während ferner bei der bekannten Bauweise die Feder beim Schnappvorgang sprunghaft das Vorzeichen der beiden Krümmungen wechselt, wird hier nur der Betrag der Krümmung spurnghaft geändert, das Vorzeichen bleibt jedoch gleich.There are known switches whose snap spring is made of an elastic, supported at at least four points, level and tension-free when dismantled, formed as a plate spring element whose curvature in the longitudinal direction is opposite of the curvature to the bearings lying in the transverse direction, so that the plate forms a saddle surface in the central area. This saddle surface is achieved, however, by spreading both ends of the spring apart, i.e. by forces which act in the plane of the snap spring. In contrast, this is the case at hand Snap spring switch around one whose spring bearing forces are only perpendicular to the Attack the snap spring plane. While also in the known design The spring suddenly changes the sign of the two curvatures during the snap process, only the amount of curvature is changed slightly here, the sign remains however same.

Bei der bekannten Ausführung werden die Schnappeigenschaften durch das Auseinanderspreizen der beiden Federenden, also durch Kräfte, die in der Federebene wirken, erzielt; dieser Vorgang muß äußerst genau durchgeführt werden, um bei einer größeren Anzahl von Schnappfedern gleiche Schnappeigenschaften zu gewährleisten, da das Maß der Spreizung eine sehr enge Toleranz erfordert.In the known design, the snap properties are through the spreading apart of the two spring ends, i.e. by forces in the spring plane act, achieved; this process must be carried out extremely precisely in order to be able to use a to ensure the same snap properties as a larger number of snap springs, since the amount of spreading requires a very tight tolerance.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung wird weiterhin dadurch verändert, daß mit dem Schraubenzieher eine einzige Schraube verstellt wird. Dies ist naturgemäß einfacher als bei dem bekannten Schalter, bei dem zur Erhaltung der Symmetrieachse besser zwei Schrauben oder gegebenenfalls einer der Festkontakte einzustellen sind. Außerdem ergeben sich am Lochrand des bekannten, spreizbaren Schnappgliedes erhebliche Spannungen, die eventuell zu Rissen in der Feder führen können. Demgegenüber werden bei dem erfindungsgemäßen Schalter einfache, vorzugsweise plane, scheibenförmige Federn verwendet, die sich durch eine sehr stetige Spannungsverteilung auszeichnen. Die Schnappfeder des vorliegenden Schalters kann beispielsweise eine kreisförmige Scheibe sein, die an vier um 9E1° über den Kreisufang versetzten Punkten gelagert ist. Der Mittelpunkt dieser Scheibe wird alsdann, je nachdem, welche der beiden. möglichen Satterflächen gebildet wurde, entweder eine obere oder untere äußerste Lage einnehmen.The operation of the device according to the invention will continue changed in that a single screw is adjusted with the screwdriver. Naturally, this is simpler than with the known switch, with the maintenance the axis of symmetry better two screws or, if necessary, one of the fixed contacts are to be set. In addition, there is the known, expandable at the edge of the hole Snap link considerable stresses, which may lead to cracks in the spring can. In contrast, the switch according to the invention is simple, preferably flat, disk-shaped springs are used, which are characterized by a very constant stress distribution distinguish. The snap spring of the present switch can, for example, be a be circular disc at four points offset by 9E1 ° over the circle is stored. The focus of this The disk is then, depending on which of the two. possible satter surfaces was formed, either an upper or take the lower outermost layer.

Die schematische Zeichnung enthält beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schnappfederschalters und dient auch der Erläuterung weiterer Merkmale desselben.The schematic drawing contains embodiments, for example of the snap spring switch according to the invention and also serves to explain further Features of the same.

Fig. 1 bis 3 erläutern die Wirkungsweise; Fig. 4 bis 9 zeigen einige mögliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schaltwerks; Fig. 10 bis 12 dienen der Erläuterung der Wirkungsweise des vorliegenden Schalters.1 to 3 explain the mode of operation; Figs. 4 to 9 show some possible configurations of the switching mechanism according to the invention; Figs. 10 to 12 serve the explanation of the mode of operation of the present switch.

Bei den zwei dargestellten Endlagen, der Schnappfeder gemäß Fig. 1 und 2 erkennt man eine Feder 1, im wesentlichen in Plattenform, aus geeignetem elastischem Matereial, beispielsweise Federbronze, bestehend. Die Feder besitzt, um sie weicher zu machen, jedoch nicht aus prinzipiellen Gründen (wodurch sie sich von bekannten Schnappfedern unterscheidet), vier Schlitze 2 und ferner einen Schaftfortsatz 3, der z. B. einen Schalterkontakt 4 trägt, der mit einem ortsfesten Gegenkontakt 5 zusammenarbeitet. Die Feder ist bei P1, P2, P3 und P4 so eingespannt, daß die Mittellinien x-x und y-y in entgegengesetzter Richtung gekrümmt sind, d. h. eine Sattelfläche bilden.In the two illustrated end positions, the snap spring according to FIG. 1 and FIG. 2 shows a spring 1, essentially in the form of a plate, made of a suitable elastic material Material, for example spring bronze, consisting. The feather has to make it softer to make, but not for reasons of principle (which makes them different from known Differentiates snap springs), four slots 2 and also a shaft extension 3, the z. B. carries a switch contact 4 which is connected to a stationary mating contact 5 cooperates. The spring is clamped at P1, P2, P3 and P4 so that the center lines x-x and y-y are curved in opposite directions, d. H. a saddle surface form.

In der aus Fig. 1 ersichtlichen Stellung ist die Mittellinie x-x so stark gekrümmt, daß sich die Kontakte 4, 5 nicht berühren. Läßt man nun eine Kraft P5 außerhalb des Auflagers P4 in der gezeichneten Richtung auf der Federplatte 1 wirken, so verflacht sich die Mittellinie x-x, und die Mittellinie y-y nimmt eine stärkere Krümmung an, wodurch der Kontakt 4 auf den Kontakt 5 zur Auflage kommt. Die Lage der Einspannpunkte der Feder, d. h. jener Punkt, in welchem die Haltekräfte P1 bis -P4 auf die Platte 1 wirken, erfährt durch diesen Schnappvorgang keine Veränderung.In the position shown in FIG. 1, the center line x-x is like this strongly curved so that the contacts 4, 5 do not touch. If one now leaves a force P5 outside the support P4 in the direction shown on the spring plate 1 act, the center line x-x flattens out, and the center line y-y takes one stronger curvature, whereby the contact 4 comes to rest on the contact 5. The location of the clamping points of the spring, d. H. that point at which the holding forces P1 to -P4 act on the plate 1, is not changed by this snap action.

Es ist ersichtlich, daß die Schnappfeder bei entsprechender durch die Einspannung bedingter Vorspannung zwei Grenzlagen besitzt, in welchen sie jeweils eine Sattelfläche bildet, wobei der Übergang von der einen in die andere Lage sprunghaft erfolgt. Unter der Voraussetzung, daß die Feder im entspannten Zustand eben ist, ergibt sich, daß in der einen Grenzlage die eine Achse x-x eine geringe und die andere Achse y-y eine stärkere Krümmung besitzt, wogegen in der zweiten Grenzlage die erste Achse x-x stärker und die zweite Achse y-y schwächer gekrümmt ist. Je nach der Größe der Vorspannung können entweder beide Grenzlagen stabil oder eine stabil und eine unstabil .sein. Infolge der besonderen Lagerung herrschen innerhalb der Feder Spannungsverhältnisse, durch welche ein sprunghafter Übergang von der einen Grenzlage in die andere bedingt ist, wie später näher erläutert wird.It can be seen that the snap spring with appropriate by the restraint conditional preload has two limit positions in which they each forms a saddle surface, with the transition from one position to the other abruptly he follows. Provided that the spring is flat when relaxed, it follows that in one limit position one axis x-x is a small one and the one the other axis y-y has a greater curvature, whereas in the second limit position the first axis x-x is more curved and the second axis y-y is less curved. Ever Depending on the size of the preload, either both limit positions can be stable or one stable and an unstable .be. As a result of the special storage prevail within the spring tension relationships through which a sudden transition from the one border position is conditioned in the other, as will be explained in more detail later.

Es ist einzusehen, daß man das Verhalten der Feder nicht nur durch die Wahl des Materials und der Vorspannung, sondern auch dadurch verändern kann, daß man die Abstände a, b (Fig. 3) der einzelnen Lagerpunkte entsprechend wählt. Führt man wenigstens einen der Einspannpunkte, zweckmäßig P3 oder P4 (Fig. 3) so aus, daß man die Lage dieser Punkte nach Höhe und/oder Abstand von den restlichen Punkten verändern kann, so ist damit eine Möglichkeit geschaffen, das Verhalten der Feder in weiten Grenzen zu verändern.It can be seen that the behavior of the spring can be changed not only by choosing the material and the preload, but also by choosing the distances a, b (Fig. 3) of the individual bearing points accordingly. If you carry out at least one of the clamping points, expediently P3 or P4 (Fig. 3) so that you can change the position of these points according to height and / or distance from the remaining points, this creates a possibility of the behavior of the spring in to change wide boundaries.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen Schnappfedern mit verschieden ausgeführten und angeordneten Schlitzen bzw. Durchbrechungen, welche den Schlitzen 2 der Fig. 1 und 2 entsprechen und. ähnliche Wirkungen haben. Fig. 7 zeigt eine Schnappfeder in der bereits oben angeführten Form einer Kreisscheibe mit im Kreismittel angeordnetem Schaltkontakt 6. Fig. 8 zeigt eine Abänderung der kreisförmigen Federscheibe mit einem kontaktragenden Fortsatz 7. Außerdem ist gemäß der Ausführungsform nach Fig. 8 daran gedacht, daß die Scheibe 8 von insgesamt drei Betätigungskräften P5 PS" und P5 " beeinflußt wird, was zur Folge haben wird, daß die Scheibe je nach der Lage und Größe der Gesamtresultierenden schnappen wird oder nicht. Die Ausführungsform nach Fig. 9 ist aus der Platte nach den Fig. 1 und 2 bzw. 4 entstanden und unter; scheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 durch zwei zusätzilche Betätigungsarme 9, 10, die zur Ableitung eines komplizierten Schalt- bzw. Steuerprogramms verwendet werden können.4 to 6 show snap springs with differently designed and arranged slots or perforations, which correspond to the slots 2 of FIGS. 1 and 2 and. have similar effects. Fig. 7 shows a snap spring in the form of a circular disk already mentioned above with a switching contact 6 arranged in the center of the circle Disk 8 is influenced by a total of three actuating forces P5 PS "and P5" , which will have the consequence that the disk will snap or not depending on the position and size of the total resultant. The embodiment according to FIG. 9 has arisen from the plate according to FIGS. 1 and 2 or 4 and below; differs from the embodiment according to FIGS. 1 and 2 by two additional actuating arms 9, 10 which can be used to derive a complicated switching or control program.

Um die Voraussetzungen, die für das Eintreten des Schnappvorganges der vorliegenden Schnappfeder maßgebend sind, klarzustellen, seien an Hand der Fig: 10 bis 12 einige Betrachtungen angestellt: Die in vier Punkten gelagerte Feder sei zunächst so lose eingespannt, daß kein Schnappvorgang eintritt. Der Einfachheit halber soll auch die Betätigung der Feder über ein starres System und nicht über ein elastisches erfolgen, wie es ja meistens der Fall ist. Ermittelt man für den angeführten Fall die Funktion der Betätigungskraft PS über dem Betätigungsweg S5, so wird sich ein Kurvenverlauf wie in F ig. 10 dargestellt ergeben. Diese Kurve hat einen Wendepunkt a und -durch ihn eine Wendetangente g bestimmter Neigung. Vergrößert man nun durch irgendeine Maßnahme die Krümmung der Feder, was z. B. durch Höhenverstellen eines ihrer Auflager@geschehen kann, so wird die Wendepunkttangente g der Kennlinie immer steiler werden, bis sie schließlich bei einer kritischen Vorspannung der Feder vertikal steht (vgl. Fig. 11). Diese kritische Vorspannung, die vom Material, der Form der Feder und der gegenseitigen Lage der Höhe der Auflagepunkte abhängt, ist maßgebend für das Auftreten eines Schnappvorganges. Es tritt jedoch bei der kritischen Vorspann.ung noch kein Schnappen im eigentlichen Sinne auf, vielmehr hat die Schnappfeder einen sogenannten »schleichenden Durchgang«. Wird nun die Vorspannung über den kritischen Wert hinaus erhöht (Fig. 12), so kann man von einem Schnappvorgang sprechen.To the prerequisites for the occurrence of the snap action of the present snap spring are decisive, to make it clear, with reference to the figure: 10 to 12 made some considerations: Let the spring supported in four points initially clamped so loosely that no snap action occurs. Of simplicity for the sake of actuation of the spring should also be via a rigid system and not via an elastic take place, as is usually the case. If you determine for the cited case the function of the actuation force PS over the actuation travel S5, a curve as in Fig. 10 shown. This curve has a turning point a and through it a turning tangent g of a certain inclination. Enlarged you now by some measure the curvature of the spring, what z. B. by height adjustment one of its supports @ can happen, the inflection point tangent g of the characteristic curve becomes become steeper and steeper until they finally come to a critical preload of the spring stands vertically (see. Fig. 11). This critical preload caused by the material that The shape of the spring and the mutual position of the height of the support points depends decisive for the occurrence of a snap action. However, it occurs when the critical one Preload does not actually snap open, rather the snap spring has a so-called "creeping passage". The bias is now above the critical If the value is increased (Fig. 12), one can speak of a snap action.

Aus Fig. 12 kann man nun folgendes entnehmen: Drückt man von oben auf die Schnappfeder, so wird die Betätigungskraft, von Null ausgehend, wie in Fig. 11 den Punkt ca der Kurve erreichen und sodann bei gleichbleibendem Federweg sprunghaft den Wert b annehmen. Dieser Wert kann je nach Feder- und Lagerausführung positiv oder negativ sein. Die Feder befindet sich nun in einer anderen Extremlage, so wie sie in Fig.2 als zweite Stellung einer Feder nach Fig. 1 gezeichnet ist. Drückt man nun weiter von oben auf die Feder, so nimmt die Betätigungskraft wieder stetig zu. Im umgekehrten Falle, wenn man also den Betätigungsweg wieder vermindert, nimmt die Kraft zum Punkt C ab, um dann wieder sprunghaft bei konstantem Weg auf den Wert d anzusteigen. Bei weiterer Wegverminderung erreicht man dann wieder die ursprüngliche Extremlage; es wurde somit ein Arbeitszyklus des Schnappschalters durchlaufen. Die Krümmung der Feder ändert sich zwar während des Schnappens sprunghaft, es ist jedoch nicht nötig, daß sie ihr Vorzeichen wechselt.The following can now be seen from Fig. 12: Press from above on the snap spring, the actuating force, starting from zero, as shown in Fig. 11 reach point ca of the curve and then jump with constant spring travel assume the value b. This value can be positive depending on the spring and bearing design or be negative. The spring is now in a different extreme position, like it is drawn in FIG. 2 as the second position of a spring according to FIG. Presses if you now continue from above on the spring, the actuating force increases again steadily to. In the opposite case, if you reduce the actuation travel again, take the force to point C, to then jump again with a constant path to the value d to rise. If the path is reduced further, the original one will be reached again Extreme situation; a working cycle of the snap switch was thus run through. the The curvature of the spring changes by leaps and bounds during the snap, but it is it is not necessary for it to change its sign.

Die Fig. 1 und 2 stellen, wie schon vorher erwähnt, die Endlagen der Feder dar. In beiden Fällen weist die Krümmung der Linie x-x ebenso wie die der Linie y-y dasselbe Vorzeichen auf. Man sieht jedoch deutlich, daß sich das Maß der Krümmung während des Schnappens sprunghaft geändert hat, und. zwar ist die Krümmung der Linie x---r schwächer und jene der Linie y-y stärker geworden. Es ist möglich, die Schnappfeder als solche, d. h. die noch nicht eingespannte Feder plan oder vorgebogen auszuführen. Im letzteren, speziellen Fall können die vier Auflagepunkte in einer Ebene liegen, wobei trotzdem ein Schnappvorgang eintreten kann.1 and 2 represent, as already mentioned, the end positions of the In both cases, the curvature of the line x-x, like that of the line y-y have the same sign. You can clearly see, however, that the amount of curvature has changed by leaps and bounds during the snap, and. although is the curvature of the line x --- r weaker and those of the line y-y have become stronger. It is possible to use the snap spring as such, d. H. Make the spring that is not yet clamped flat or pre-bent. In the latter, special case, the four support points can lie in one plane, a snap action can still occur.

Das vorliegende Schnappfederschaltwerk kann so ausgeführt werden., daß die Feder nach Fortfall der Betätigungskraft wieder in ihreAusgangslage zurückspringt oder nicht. Außerdem ist es möglich und oft zweckmäßig, die Auflagerpunkte so anzuordnen, daß durch ihre Verstellung - zwecks Einstellung der Federvorspannung - der Schaltarm wenig oder gar nicht ausgelenkt wird.The present snap spring switch mechanism can be designed in this way., that the spring springs back into its starting position after the actuation force has ceased or not. It is also possible and often useful to arrange the support points in such a way that that through their adjustment - for the purpose of adjusting the spring preload - the switching arm is deflected little or not at all.

Es ist ersichtlich, daß zur Einleitung der Schnappbewegung eine Krümmungsänderung der Feder erforderlich ist. Um diese hervorzubringen, kann man die Feder mit einem Heizelement versehen, damit die mit der Erwärmung verbundene Dehnung der Platte den Schnappvorgang auslöst; man kann auch einen Bimetallstreifen mit der Feder verbinden oder letztere selbst bimetallisch ausführen. Auf diese Weise kommt man zu einem überaus einfachen und verläßlich wirkenden thermostatischen. Schnappschalter.It can be seen that a change in curvature is required to initiate the snap movement the spring is required. To bring this out, you can use the pen with a Provided heating element, so that the expansion of the plate associated with the heating triggers the snap action; you can also connect a bimetal strip to the spring or make the latter bimetallic yourself. This is how you come to you extremely simple and reliable thermostatic. Snap switch.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrical snap-action switch with a snap spring, as an elastic, plate-shaped spring element which is tension-free in the dismantled state is formed and after clamping in the switch at at least four points is bent lengthways and crossways so that. a saddle-shaped surface is created, characterized in that the clamping points as in the longitudinal direction (x-x) of the Snap member (1) from one side and in its transverse direction (y-y) from the other side acting on the snap link approximately perpendicular to its plane, projections (PI to P4) starting from corresponding housing parts are formed, that hold the snap link in place, with a protrusion (e.g. P3 or P4) to adjust the spring tension is adjustable, and that the snap member (1) at Actuation by an external force (e.g. PS) only the extent of the curvature (x-x, y-y), but does not change its sign by leaps and bounds.

2. Snap switch according to claim 1, characterized in that the spring has the shape of a disc whose Middle executes the switching movement that continues to act.

3. Snap switch according to claim 1 or 2, characterized in that the spring plate has at least one extension is provided, which increases the switching travel in a known manner.

4. Snap switch according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one of the Support adjustable in height in a manner known per se with reference to the other supports is.

5. Snap switch according to one of claims 1 to 4, characterized in that that at least one of the supports with respect to the other supports laterally adjustable is.

6. Snap switch according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the supports are arranged so that the spring is released after the operating force jumps back to its original position in a manner known per se.

7. Snap switch according to one of claims 1 to 6, characterized in that the adjustable Support points are arranged so that through their for the purpose of setting the Adjustment of the switching arm in its free position takes place little or spring tension is not deflected at all. Publications considered: German patent specification No. 922 624; British Patent No. 648,355; U.S. Patent No. 2,545 264, 2 564 931, 2 584 460, 2 624 819.